Soal Pembahasan Dinamika Gerak Fisika Kelas XISMA

Rumus Rumus MinimalHukum Newton I

F = 0 benda diam atau benda bergerak dengan kecepatan konstan / tetap atau percepatan gerak benda nol atau benda bergerak lurus beraturan (GLB)

Hukum Newton II F = ma benda bergerak dengan percepatan tetap benda bergerak lurus berubah beraturan (GLBB) kecepatan gerak benda berubah

Gaya GesekGaya Gesek Statis fs = s NGaya Gesek Kinetis fk = k Ndengan N = gaya normal, s = koefisien gesek statis, k = koefisien gesek kinetis

Gaya BeratW = mg

Contoh Soal dan PembahasanSoal No. 1Perhatikan gambar berikut!

Benda bermassa m = 10 kg berada di atas lantai kasar ditarik oleh gaya F = 12 N ke arah kanan. Jika koefisien gesekan statis antara benda dan lantai adalah 0,2 dengan koefisien gesekan kinetis 0,1 tentukan besarnya :a) Gaya normal b) Gaya gesek antara benda dan lantai

c) Percepatan gerak benda

PembahasanGaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:

a) Gaya normal Fy = 0N W = 0N mg = 0N (10)(10) = 0N = 100 N

b) Gaya gesek antara benda dan lantai

Cek terlebih dahulu gaya gesek statis maksimum yang bisa terjadi antara benda dan lantai:fsmaks = s Nfsmaks = (0,2)(100) = 20 NTernyata gaya gesek statis maksimum masih lebih besar dari gaya yang menarik benda (F) sehingga benda masih berada dalam keadaan diam. Sesuai dengan hukum Newton untuk benda diam : Fx = 0 F fges = 012 fges = 0fges = 12 N

c) Percepatan gerak bendaBenda dalam keadaan diam, percepatan benda NOL

Soal No. 2Perhatikan gambar berikut, benda mula-mula dalam kondisi rehat!

Benda bermassa m = 10 kg berada di atas lantai kasar ditarik oleh gaya F = 25 N ke arah kanan. Jika koefisien gesekan statis antara benda dan lantai adalah 0,2 dengan koefisien gesekan kinetis 0,1 tentukan besarnya :a) Gaya normal b) Gaya gesek antara benda dan lantai

c) Percepatan gerak bendad) Jarak yang ditempuh benda setelah 2 sekon

PembahasanGaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:

a) Gaya normal Fy = 0N W = 0N mg = 0N (10)(10) = 0N = 100 N

b) Gaya gesek antara benda dan lantai

Cek terlebih dahulu gaya gesek statis maksimum yang bisa terjadi antara benda dan lantai:fsmaks = s Nfsmaks = (0,2)(100) = 20 NTernyata gaya yang gesek statis maksimum (20 N) lebih kecil dari gaya yang menarik benda (25 N), sehinggga benda bergerak. Untuk benda yang bergerak gaya geseknya adalah gaya gesek dengan koefisien gesek kinetis :fges = fk = k Nfges = (0,1)(100) = 10 N

c) Percepatan gerak bendaHukum Newton II : Fx = maF fges = ma25 10 = 10aa = 15/10 = 1,5 m/s2d) Jarak yang ditempuh benda setelah 2 sekonS = Vo t + 1/2 at2S = 0 + 1/2(1,5)(22)S = 3 meter

Soal No. 3Perhatikan gambar berikut, benda 5 kg mula-mula dalam kondisi tidak bergerak!

Jika sudut yang terbentuk antara gaya F = 25 N dengan garis mendatar adalah 37o, koefisien gesek kinetis permukaan lantai adalah 0,1 dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 tentukan nilai:a) Gaya normalb) Gaya gesekc) Percepatan gerak benda(sin 37o = 0,6 dan cos 37o = 0,8)

PembahasanGaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:

a) Gaya normal Fy = 0N + F sin W = 0N = W F sin = (5)(10) (25)(0,6) = 35 N

b) Gaya gesekJika dalam soal hanya diketahui koefisien gesek kinetis, maka dipastikan benda bisa bergerak, sehingga fges = fk :fges = k N fges = (0,1)(35) = 3,5 N

c) Percepatan gerak benda

Fx = ma

F cos fges = ma(25)(0,8) 3,5 = 5a5a = 16,5a = 3,3 m/s2Soal No. 4Perhatikan gambar berikut, balok 100 kg diluncurkan dari sebuah bukit!

Anggap lereng bukit rata dan memiliki koefisien gesek 0,125. Percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 dan sin 53o = 0,8, cos 53o = 0,6. Tentukan nilai dari :a) Gaya normal pada balokb) Gaya gesek antara lereng dan balokc) Percepatan gerak balokPembahasanGaya-gaya pada balok diperlihatkan gambar berikut:

a) Gaya normal pada balok Fy = 0N W cos = 0N mg cos 53o = 0N (100)(10)(0,6) = 0N = 600 Newton

b) Gaya gesek antara lereng dan balokfges = k Nfges = (0,125)(600) = 75 newton

c) Percepatan gerak balok Fx = maW sin fges = mamg sin 53o fges = ma(100)(10)(0,8) 75 = 100aa = 725/100 = 7,25 m/s2Soal No. 5Balok A massa 40 kg dan balok B massa 20 kg berada di atas permukaan licin didorong oleh gaya F sebesar 120 N seperti diperlihatkan gambar berikut!

Tentukan :a) Percepatan gerak kedua balokb) Gaya kontak yang terjadi antara balok A dan B

Pembahasana) Percepatan gerak kedua balokTinjau sistem : F = ma120 = (40 + 20) aa = 120/60 m/s2b) Gaya kontak yang terjadi antara balok A dan BCara pertama, Tinjau benda A :

F = maF Fkontak = mA a120 Fkontak = 40(2)Fkontak = 120 80 = 40 Newton

Cara kedua, Tinjau benda B :

F = maFkontak = mB aFkontak = 20(2) = 40 Newton

Soal No. 6Balok A dan B terletak pada permukaan bidang miring licin didorong oleh gaya F sebesar 480 N seperti terlihat pada gambar berikut!

Tentukan :a) Percepatan gerak kedua balokb) Gaya kontak antara balok A dan B

Pembahasana) Percepatan gerak kedua balokTinjau Sistem :Gaya-gaya pada kedua benda (disatukan A dan B) terlihat pada gambar berikut:

F = maF W sin 37o = ma480 (40 + 20)(10)(0,6) = (40 + 20) aa = 120/60 = 2 m/s2b) Gaya kontak antara balok A dan B

Cara pertama, tinjau balok A Gaya-gaya pada balok A terlihat pada gambar berikut :

F = maF WA sin 37o Fkontak = mA a480 (40)(10) (0,6) Fkontak = (40)(2)480 240 80 = FkontakFkontak = 160 Newton

Cara kedua, tinjau benda B

F = ma

Fkontak WB sin 37o = mB aFkontak (20)(10)(0,6) =(20)(2)Fkontak = 40 + 120 = 160 Newton

Soal No. 7

Balok A beratnya 100 N diikat dengan tali mendatar di C (lihat gambar). Balok B beratnya 500 N. Koefisien gesekan antara A dan B = 0,2 dan koefisien gesekan antara B dan lantai = 0,5. Besarnya gaya F minimal untuk menggeser balok B adalah.newtonA. 950 B. 750C. 600 D. 320E. 100 (Sumber Soal : UMPTN 1993)

PembahasanfAB gaya gesek antara balok A dan BfBL gaya gesek antara balok B dan lantai

fAB = AB NfAB = (0,2)(100) = 20 N

fBL = BL NfBL = (0,5)(100 + 500) = 300 N

Tinjau benda B

Fx = 0F fAB fBL = 0F 20 300 = 0F = 320 Newton

Soal No. 8Benda pertama dengan massa m1 = 6 kg dan benda kedua dengan massa m2 = 4 kg dihubungkan dengan katrol licin terlihat pada gambar berikut !

Jika lantai licin dan m2 ditarik gaya ke kanan F = 42 Newton, tentukan :a) Percepatan benda pertamab) Percepatan benda keduac) Tegangan tali T

Pembahasana) Percepatan benda pertamaHubungan antara percepatan benda pertama (a1) dan percepatan benda kedua (a2) adalah:a1 = 2a2 ataua2 = 1/2a1Tinjau m2

F 2T = m2a242 2T = 4a242 2T = 4(1/2)a142 2T = 2a1 (Pers. 1)

Tinjau m1

T = m1a1T = 6 a1(Pers. 2)

Gabung Pers. 1 dan Pers. 242 2T = 2a142 2(6a1) = 2a142 = 14 a1a1 = 42/14 = 3 m/s2b) Percepatan benda keduaa2 = 1/2a1a2 = 1/2(3) = 1,5 m/s2c) Tegangan tali TT = 6a1 = 6(3) = 18 Newton

Soal No. 9Massa A = 4 kg, massa B = 6 kg dihubungkan dengan tali dan ditarik gaya F = 40 N ke kanan dengan sudut 37o terhadap arah horizontal!

Jika koefisien gesekan kinetis kedua massa dengan lantai adalah 0,1 tentukan:a) Percepatan gerak kedua massab) Tegangan tali penghubung antara kedua massa

PembahasanTinjauan massa B :

Nilai gaya normal N : Fy = 0N + F sin 37o = WN + (40)(0,6) = (6)(10)N = 60 24 = 36 N

Besar gaya gesek :fgesB = k NfgesB = (0,1)(36) = 3,6 N

Hukum Newton II: Fx = maF cos 37o fgesB T = ma(40)(0,8) 3,6 T = 6 a28,4 T = 6 a (persamaan 1)

Tinjauan gaya-gaya pada massa A

Fx = maT fgesA = maT k N = maT k mg = maT (0,1)(4)(10) = 4 aT = 4a + 4 Persamaan 2

Gabung 1 dan 2 28,4 T = 6 a28,4 ( 4a + 4) = 6 a24,4 = 10aa = 2,44 m/s2b) Tegangan tali penghubung antara kedua massaT = 4a + 4 T = 4(2,44) + 4T = 13,76 Newton

Soal No. 10Diberikan gambar sebagai berikut!

Jika massa katrol diabaikan, tentukan:a) Percepatan gerak kedua bendab) Tegangan tali penghubung kedua benda

PembahasanTinjau A

Fx = maT WA sin 37o = mA aT (5)(10)(0,6) = 5 aT 30 = 5a (Persamaan 1)

Tinjau B

Fx = maWB sin 53o T = mB a(10)(0,8) T = 10 aT = 80 10 a (Persamaan 2)

Gabung 1 dan 2T 30 = 5a (80 10 a) 30 = 5 a15 a = 50a = 50/15 = 10/3 m/s2b) Tegangan tali penghubung kedua bendaT 30 = 5aT 30 = 5( 10/3) T = 46,67 Newton

Soal No. 11Diberikan gambar sebagai berikut:

Massa balok A = 6 kg, massa balok B = 4 kg. Koefisien gesekan kinetis antara balok A dengan B adalah 0,1 dan koefisien gesekan antara balok A dengan lantai adalah 0,2. Tentukan besar gaya F agar balok A bergerak lurus beraturan ke arah kanan, abaikan massa katrol!

PembahasanTinjau B

Benda bergerak lurus beraturan a =0 Fx = 0T fBA =0T = fBA = BA N = BA mg= (0,1)(4)(10) = 4 N

Tinjau A

Fx = 0F T fAB fAL = 0dengan fAL = AL N = (0,2)(10)(10) = 20 N(Gaya normal pada A adalah jumlah berat A ditambah berat B, karena ditumpuk)Sehingga :F 4 4 20 = 0F = 28 Newton

Soal No. 12Sebuah elevator bermassa 400 kg bergerak vertikal ke atas dari keadaan diam dengan percepatan tetap 2 m/s2. Jika percepatan gravitasi 9,8 m/s2 , maka tegangan tali penarik elevator adalah.A. 400 newtonB. 800 newtonC. 3120 newtonD. 3920 newtonE. 4720 newton(Sumber Soal : Proyek Perintis I 1981)

Pembahasan

Fy = maT W = maT (400)(9,8) =(400)(2)T = 800 + 3920 = 4720 Newton

Soal No. 13

Dari soal nomor 12, tentukan tegangan tali penarik elevator jika gerakan elevator adalah ke bawah!

PembahasanElevator bergerak ke bawah : Fy = maW T = ma(400)(9,8) T = (400)(2)T = 3920 800 = 3120 Newton

Soal No. 14

Perhatikan susunan dua buah benda berikut ini:

Koefisien gesekan kinetis antara massa pertama dengan lantai adalah 0,1 , massa benda pertama = 4 kg dan massa benda kedua 6 kg. Tentukan :a) Percepatan gerak benda pertamab) Percepatan gerak benda kedua

Pembahasan

a) Percepatan gerak benda pertamaHubungan percepatan benda pertama dan benda kedua adalah :a1 =2a2ataua2 = 1/2a1Tinjau benda pertama

Fx = m1a1T f = 4 a1T k N = 4a1T (0,1)(4)(10) = 4 a1T = 4a1 + 4 Persamaan 1

Tinjau benda kedua

Fy = m2a2W 2T = (6)(1/2 a1)60 2T = 3a1 Persamaan 2

Gabung Persamaan 2 dan Persamaan 160 2T = 3 a160 2(4a1 + 4) = 3a160 8a1 8 = 3a152 = 11a1a1 = 52/11 m/s2b) Percepatan gerak benda keduaa2 = 1/2 a1a2 = 1/2 ( 52/11 ) = 26/11 m/s2Soal No. 15

Balok m bermassa 10 kg menempel pada dinding kasar dengan koefisien gesekan kinetis 0,1. Balok mendapat gaya horizontal F2 = 50 N dan gaya vertikal F1 .

Tentukan besar gaya vertikal F1 agar balok bergerak vertikal ke atas dengan percepatan 2 m/s2 !

Pembahasan

Tinjauan gaya yang bekerja pada m :

Fx = 0N F2 = 0N 50 = 0N = 50 Newton

Fy = maF1 W f = maF1 mg k N = maF1 (10)(10) (0,1)(50) = 10(2)F1 = 20 + 100 + 5 = 125 Newton

Soal LatihanSoal Latihan No.1 Benda bermassa 4 kg diberi kecepatan awal 10 m/s dari ujungbawah bidang miring seperti gambar.

Benda mengalami gayagesek dari bidang sebesar 16 N dan sin =0,85. Benda berhentisetelah menempuh jarak

(A) 3 m (B) 4 m (C) 5 m (D) 6 m (E) 8 m (Sumber Soal : UM UGM 2009)

Soal Latihan No. 2Lima buah benda (sebutlah balok), masing-masing bermassa 2 kg, 3 kg, 4 kg, 5 kg dan 6 kg,dihubungkan dengan tali-tali tanpa massa (halus), lalu ditarik mendatar di atas lantaidengan gaya sebesar 40 N seperti gambar di bawah.

Koefisien gesek antara masing-masingbenda dan lantai 0,1, percepatan gravitasi 10 m/s2. Tentukan besar tegangan tali penghubung benda :a) 2kg dan 3 kg b) 4 kg dan 5 kg(Sumber gambar : UM UGM 2008)